近日，纺织新材料与先进加工全国重点实验室杨应奎教授团队在Energy & Environmental Science期刊发表题为“The 2e⁻ vs. 4e⁻ Pathways for ORR in Rechargeable Zinc-Air Batteries” 的前瞻性观点性论文（论文链接： https://doi.org/10.1039/D5EE07166F）。论文第一作者兼通讯作者为武明杰教授，共同通讯作者包括杨应奎教授和加拿大孙书会院士。武汉纺织大学为论文第一通讯署名单位，有望在二次锌空气电池领域开创并引领了新的研究方向。
锌空气电池（ZABs）凭借其高达1086 Wh kg-1的理论能量密度、本征安全性与环境友好特性，正成为下一代可持续储能技术的焦点。然而，传统四电子（4e-）氧还原反应（ORR）路径受限于迟缓的动力学行为和严重的寄生副反应，成为制约其商业化进程的核心瓶颈。本综述系统提出向两电子（2e-）ORR路径进行范式转移的战略思路，深入剖析了2e-与4e-路径在反应机制、催化剂设计、电解质适配性及电极结构等方面的本质差异。尤为重要的是，文章揭示了当前研究中普遍存在的“半电池性能—全电池表现”之间的显著鸿沟：高半波电位（E1/2）并不线性转化为优异的放电电压平台，呼吁建立以全电池为导向、机制清晰、标准统一的性能评估新体系。
面向未来，本综述明确指出，推动ZABs走向实用化的关键在于：（1）催化剂设计理念的演进——从静态结构优化走向“电化学原位重构”策略，揭示活性位点的动态演化规律，实现活性与稳定性的协同提升；（2）电极结构的集成创新——发展无粘结剂电极架构，增强机械稳定性和传质效率，有效抑制H2O2引发的界面退化；（3）电解质体系的全景调控——通过SEI工程、溶剂化结构优化和功能添加剂设计，实现锌负极的高可逆性和界面稳定性；（4）对H2O2衍生活性氧（ROS）腐蚀机制的深入理解——亟需借助原位表征手段揭示其动态演化过程，发展靶向防护策略。本综述不仅厘清了2e-与4e-路径的科学边界，更为构建高效、稳定、可规模化应用的下一代锌空气电池提供了理论支撑与实践路径。
图1 锌空气电池中2e⁻与4e⁻ORR路径的工作机制与挑战对比
图2 面向高性能ZABs的多维度优化策略全景图
武明杰教授：2023年5月入职全国重点实验室，主持国家自然科学基金、加拿大FRQNT博士后基金和加拿大FRQNT卓越博士PBEEE项目，入选湖北省高层次人才计划、武汉英才计划、江夏区高层次人才计划、湖北省科技副总等。2023年入职纺大以来，以纺大为通讯单位，在Nature Communications（第一作者）、Energy & Environmental Science（第一兼通讯作者）、Angewandte Chemie International Edition（第一兼通讯作者）、ACS Nano（第一作者）、Advanced Functional Materials（第一兼通讯作者）、Electrochemical Energy Reviews（第一作者）、Nano-Micro Letters（第一作者）、Energy Storage Materials（通讯作者）、Nano Research Energy（通讯作者）、Chemical Society Reviews（共同第一作者）等发表系列高水平论文，包括ESI高被引论文3篇、热点论文1篇；申请国家发明专利6项。
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